电磁学(第九章)课件

2005年春季学期陈信义编第9章磁场中的磁介质电磁学（第三册）12005年春季学期陈信义编第9章磁场中的磁介质电磁学（§9.1磁介质对磁场的影响§9.2分子的磁矩§9.3磁介质的磁化§9.4H的环路定理§9.5铁磁介质§9.6简单磁路目录【演示实验】巴克豪森效应、磁滞回线、居里点2§9.1磁介质对磁场的影响目录【演示实验】巴克豪森效§9.1磁介质对磁场的影响—相对磁导率顺磁质抗磁质铁磁质3§9.1磁介质对磁场的影响—相对磁导率顺磁质抗磁质铁磁质3抗磁质（例如铜）顺磁质（例如铝）铁磁质（铁、钴、镍及其合金，铁氧体）且与B0有关坡莫合金纯铁硅钢工程上取介质的磁性4抗磁质（例如铜）顺磁质（例如铝）铁磁质（铁、钴、镍及其合金，§9.2分子的磁矩1、电子的轨道磁矩2、电子自旋磁矩相对论效应zL-e,r

pl轨道磁矩轨道角动量mevS:自旋角动量L:轨道角动量5§9.2分子的磁矩1、电子的轨道磁矩2、电子自旋磁矩相对论3、磁矩的量子化

角动量是量子化的，其取值只能是普朗克常数的整数或半奇数倍。

磁矩(轨道、自旋磁矩)和角动量成正比，因此，磁矩也是量子化的。电子磁矩的取值，等于玻尔磁子的整数倍。63、磁矩的量子化角动量是量子化的，其取值只能是普朗5、分子的固有磁矩所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和－“分子电流模型”经典电磁学：用圆电流等效固有磁矩I4、原子核的磁矩等于核磁子的整数倍原子核的磁矩可以忽略。核磁子玻尔磁子75、分子的固有磁矩所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和－“分1、顺磁介质§9.3磁介质的磁化分子具有固有磁矩固有磁矩趋向外磁场方向表面出现束缚(磁化)电流加强磁场

一、磁化的机制81、顺磁介质§9.3磁介质的磁化分子具有固有磁矩固有磁矩趋2、抗磁介质但是，电子磁矩在外磁场力矩作用下进动产生和外磁场反向的感生磁矩。分子固有磁矩(电子轨道、自旋磁矩的矢量和）为零。出现反向的表面束缚电流减弱磁场92、抗磁介质但是，电感生磁矩和外磁场反向，减弱磁场。

感生磁矩的解释—磁矩进动10感生磁矩和外磁场反向，减弱磁场。感生磁矩的解释但感生磁矩<<固有磁矩所以，顺磁介质的抗磁性被顺磁性掩盖。顺磁介质也有抗磁性。3、铁磁质电子自旋磁矩自发平行排列，形成磁性很强的磁化区域—“磁畴”，强磁场。11但感生磁矩<<固有磁矩所以，顺磁介质的抗磁性被顺磁性掩盖二、磁化强度矢量各向同性线性介质（顺磁、抗磁、线性区域的铁磁介质）—描述介质磁化的程度12二、磁化强度矢量各向同性线性介质—描述介质磁化的程度121、束缚电流面密度总磁矩：束缚电流面密度：三、束缚电流的计算131、束缚电流面密度总磁矩：束缚电流面密度：三、束缚电流的计算—表面外法线单位矢量考虑束缚电流的方向：束缚电流面密度：14—表面外法线单位矢量考虑束缚电流的方向：束缚电流面密度：14与dl铰链（套住）的束缚电流2、束缚电流体密度15与dl铰链（套住）的束缚电流2、束缚电流体密度15证明：凡中心在斜柱体内的束缚电流都与dl铰链16证明：凡中心在斜柱体内的束缚电流都与dl铰链16L包围的总束缚电流：【例】均匀磁场均匀介质束缚电流体密度：均匀磁场中均匀介质无体束缚电流。17L包围的总束缚电流：【例】均匀磁场均匀介质束缚电流体密度：§9.4H的环路定理磁化电流：极化电流:一般情况18§9.4H的环路定理磁化电流：极化电流:一般情况18由安培环路定理移项得D?19由安培环路定理移项得D?19定义磁场强度矢量：DH20定义磁场强度矢量：DH20H的环路定理：传导电流密度稳恒情况：“位移电流”密度微分形式：21H的环路定理：传导电流密度稳恒情况：“位移电流”密度微分形稳恒情况的H环路定理：稳恒情况下，H沿任何闭合路径的线积分，等于与该路径“铰链”的自由电流的代数和微分形式：22稳恒情况的H环路定理：稳恒情况下，H沿任何闭合路径的各向同性线性介质23各向同性线性介质23有磁介质时计算磁场的分布：

H（对称性分析)

M教材P297－298例9.1,9.2

B

束缚电流24有磁介质时计算磁场的分布：H（对称性分析)M教材用B的高斯定理证明静磁场的界面条件：1、在两介质的分界面上

B的法向分量连续，H的法向分量突变。m1m2nB2nB1n25用B的高斯定理证明静磁场的界面条件：1、在两介质的分界面上m2、在两介质的（无传导电流）分界面上

H的切向分量连续，B的切向分量突变。用H的环路定理证明：262、在两介质的（无传导电流）分界面上用H的环路定理证明：26B线在界面上的“折射”：27B线在界面上的“折射”：27静磁屏蔽：部分磁屏蔽28静磁屏蔽：部分磁屏蔽28静磁屏蔽：部分磁屏蔽29静磁屏蔽：部分磁屏蔽29静电场和静磁场的比较静电场静磁场30静电场和静磁场的比较静电场静磁场30§9.5铁磁介质1、基本性质：高值、非线性、磁滞性2、磁化规律—B与H间的关系05101520磁强计磁强计A铁磁质31§9.5铁磁介质1、基本性质：高值、非线性、磁滞性2、（1）起始磁化曲线磁导率与H有关非线性饱和性32（1）起始磁化曲线磁导率与H有关非线性饱和性32在一个循环磁化过程中，单位体积磁滞损耗的能量与磁滞回线的面积成正比。（2）磁滞回线33在一个循环磁化过程中，单位体积磁滞损耗的能量与磁滞回线的（3）铁磁体分类软磁材料：磁滞损耗小，交变磁场中的铁芯。矩磁材料：“记忆”元件。硬磁材料：矫顽力和剩磁大，永磁体。【演示实验】磁滞回线34（3）铁磁体分类软磁材料：磁滞损耗小，交变磁场中的铁芯。矩磁3、铁磁介质磁化机理磁畴（Magneticdomain）：电子自旋磁矩自发平行排列形成自发磁化区域，10-12～10-8m3，含1017～1021个原子，磁化强度非常大。磁滞的解释：掺杂、内应力、耗散。“畴壁位移”和“磁矩取向”过程不可逆。磁致伸缩：畴壁位移和磁矩取向，改变晶格间距（体积）。居里点：温度T>TC磁畴瓦解、铁磁质顺磁质。【演示实验】居里点【演示实验】巴克豪森效应353、铁磁介质磁化机理磁畴（Magneticdomain简单磁路：磁场基本集中在铁芯内部，忽略漏磁。由铁芯（磁隙）构成磁力线的通路－磁路。IB0BS0C教材p307例9.336简单磁路：磁场基本集中在铁芯内部，忽略漏磁。由铁芯（磁隙）构

IB0BS0C磁通37IB0BS0C磁通37全磁路欧姆定律：IB0BS0C磁隙38全磁路欧姆定律：IB0BS0C磁隙382005年春季学期陈信义编第9章磁场中的磁介质电磁学（第三册）392005年春季学期陈信义编第9章磁场中的磁介质电磁学（§9.1磁介质对磁场的影响§9.2分子的磁矩§9.3磁介质的磁化§9.4H的环路定理§9.5铁磁介质§9.6简单磁路目录【演示实验】巴克豪森效应、磁滞回线、居里点40§9.1磁介质对磁场的影响目录【演示实验】巴克豪森效§9.1磁介质对磁场的影响—相对磁导率顺磁质抗磁质铁磁质41§9.1磁介质对磁场的影响—相对磁导率顺磁质抗磁质铁磁质3抗磁质（例如铜）顺磁质（例如铝）铁磁质（铁、钴、镍及其合金，铁氧体）且与B0有关坡莫合金纯铁硅钢工程上取介质的磁性42抗磁质（例如铜）顺磁质（例如铝）铁磁质（铁、钴、镍及其合金，§9.2分子的磁矩1、电子的轨道磁矩2、电子自旋磁矩相对论效应zL-e,r

pl轨道磁矩轨道角动量mevS:自旋角动量L:轨道角动量43§9.2分子的磁矩1、电子的轨道磁矩2、电子自旋磁矩相对论3、磁矩的量子化

角动量是量子化的，其取值只能是普朗克常数的整数或半奇数倍。

磁矩(轨道、自旋磁矩)和角动量成正比，因此，磁矩也是量子化的。电子磁矩的取值，等于玻尔磁子的整数倍。443、磁矩的量子化角动量是量子化的，其取值只能是普朗5、分子的固有磁矩所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和－“分子电流模型”经典电磁学：用圆电流等效固有磁矩I4、原子核的磁矩等于核磁子的整数倍原子核的磁矩可以忽略。核磁子玻尔磁子455、分子的固有磁矩所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和－“分1、顺磁介质§9.3磁介质的磁化分子具有固有磁矩固有磁矩趋向外磁场方向表面出现束缚(磁化)电流加强磁场

一、磁化的机制461、顺磁介质§9.3磁介质的磁化分子具有固有磁矩固有磁矩趋2、抗磁介质但是，电子磁矩在外磁场力矩作用下进动产生和外磁场反向的感生磁矩。分子固有磁矩(电子轨道、自旋磁矩的矢量和）为零。出现反向的表面束缚电流减弱磁场472、抗磁介质但是，电感生磁矩和外磁场反向，减弱磁场。

感生磁矩的解释—磁矩进动48感生磁矩和外磁场反向，减弱磁场。感生磁矩的解释但感生磁矩<<固有磁矩所以，顺磁介质的抗磁性被顺磁性掩盖。顺磁介质也有抗磁性。3、铁磁质电子自旋磁矩自发平行排列，形成磁性很强的磁化区域—“磁畴”，强磁场。49但感生磁矩<<固有磁矩所以，顺磁介质的抗磁性被顺磁性掩盖二、磁化强度矢量各向同性线性介质（顺磁、抗磁、线性区域的铁磁介质）—描述介质磁化的程度50二、磁化强度矢量各向同性线性介质—描述介质磁化的程度121、束缚电流面密度总磁矩：束缚电流面密度：三、束缚电流的计算511、束缚电流面密度总磁矩：束缚电流面密度：三、束缚电流的计算—表面外法线单位矢量考虑束缚电流的方向：束缚电流面密度：52—表面外法线单位矢量考虑束缚电流的方向：束缚电流面密度：14与dl铰链（套住）的束缚电流2、束缚电流体密度53与dl铰链（套住）的束缚电流2、束缚电流体密度15证明：凡中心在斜柱体内的束缚电流都与dl铰链54证明：凡中心在斜柱体内的束缚电流都与dl铰链16L包围的总束缚电流：【例】均匀磁场均匀介质束缚电流体密度：均匀磁场中均匀介质无体束缚电流。55L包围的总束缚电流：【例】均匀磁场均匀介质束缚电流体密度：§9.4H的环路定理磁化电流：极化电流:一般情况56§9.4H的环路定理磁化电流：极化电流:一般情况18由安培环路定理移项得D?57由安培环路定理移项得D?19定义磁场强度矢量：DH58定义磁场强度矢量：DH20H的环路定理：传导电流密度稳恒情况：“位移电流”密度微分形式：59H的环路定理：传导电流密度稳恒情况：“位移电流”密度微分形稳恒情况的H环路定理：稳恒情况下，H沿任何闭合路径的线积分，等于与该路径“铰链”的自由电流的代数和微分形式：60稳恒情况的H环路定理：稳恒情况下，H沿任何闭合路径的各向同性线性介质61各向同性线性介质23有磁介质时计算磁场的分布：

H（对称性分析)

M教材P297－298例9.1,9.2

B

束缚电流62有磁介质时计算磁场的分布：H（对称性分析)M教材用B的高斯定理证明静磁场的界面条件：1、在两介质的分界面上

B的法向分量连续，H的法向分量突变。m1m2nB2nB1n63用B的高斯定理证明静磁场的界面条件：1、在两介质的分界面上m2、在两介质的（无传导电流）分界面上

H的切向分量连续，B的切向分量突变。用H的环路定理证明：642、在两介质的（无传导电流）分界面上用H的环路定理证明：26B线在界面上的“折射”：65B线在界面上的“折射”：27静磁屏蔽：部分磁屏蔽66静磁屏蔽：部分磁屏蔽28静磁屏蔽：部分磁屏蔽67静磁屏蔽：部分磁屏蔽29静电场和静磁场的比较静电场静磁场68静电场和静磁场的比较静电场静磁场30§9.5铁磁介质1、基本性质：高值、非线性、磁滞性2、磁化规律—B与H间的关系05101520磁强计磁强计A铁磁质69§9.5铁磁介质1、基本性质：高值、非线性、磁滞性2、（1）起始磁化曲线磁导率与H有关非线性饱和性70（1）起始磁化曲线磁导率与H有关非线性饱和性32在一